Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообменнике и пластинчатый теплообменник Советский патент 1987 года по МПК F28D9/00 

Необходимость выполнения указанных соотношений наглядно подтверждается графиком (фиг. 12), на котором показано изменение начальных температур воды и атмосферного воздуха, а также изменение температуры сжатого газа после прохождения второй секции теплообменника при использовании атмос11332135

Изобретение относится к теплооб- менным аппаратам и может быть использовано для эффективного охлаждения сжатого газа при различных температурах охлаждающих сред, зависящих от времени года.

Цель изобретения повышение эко-. комичности при использовании в качестве одной из охлаждающих сред атмос- ю ферного воздуха (линия I) и воды (ли- ферного воздуха, а другой - воды. . ния II) в течение года. Как видно

На фиг. 1 изображен пластинчатый из графика, до определенного соотно- теплообменник для осуществления охлаж- шения начальных температур атмосфер- дения сжатого газа, первый вариант; ного воздуха и воды более эффективно

15 охлаждать сжатый газ во второй секции атмосферным воздухом (отрезки А-В, C-D), а с уменьшением разницы температур Тр и Т,, - более эффективно ох- па л- цатъ водой (отрезок В-С). Данное 20 положение обуславливается различной величиной амплитуды колебаний значений температур воды и атмосферного воздуха в течение года. При этом соотношение температур Т Р фиг. 7 - двойная разделительная стен- 25iкотором необходима замена охлаждающей ка с замкнутой полостью, внутри ко- среды во второй секции, определяется торой размещены перекрывные органы в виде заслонок, соединенных штоками, проходящими через перегородки; на фиг. 8 - двойная разделительная стен- 30

на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1 и 2; на фиг.4 - разрез Б-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разделительная стенка с перепускными окнами, перекрывными органами в виде заслонок и механизмом возвратно-поступательного перемещения; на фиг. 6 - разделительная стенка с перекрывньши органами в виде заслонок, соединенных штоками; на

из равенства температур сжатого газа после прохождения второй секции при обоих вариантах охлаждения

ка, полость которой сообщена с трубогде йТд , U.TW величины недоохла ния сжатого газа в теплообеменник при использовании в качестве охла дающей среды атмосферного воздуха и воды.

Известно, что оптимальная рекопроводом отвода одной из охлаждающих сред; на фиг. 9 - разделительная перегородка с заслонкой, установлен, ной на оси вращения; на фиг. 10 - 5

}разделительная перегородка с механизмом

.перемещения перекрывных органов,выполненном в виде биметаллической пластины;

на фиг. 11 -разделительная перегородка

,с перекрывным органом в виде биметал- 40 мендуемая величина недоохлаждения лической пластины; на фиг. 12 - зави- в теплообменнике составляет соот- симость изменения начальных температур воды и атмосферного воздуха, а также изменение температуры сжатого газа после прохождения второй секции при использовании атмосферного воздуха и воды в течение года.

Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообветственно iT, 6-15°С и ДТу,4-12°С Поскольку наибольшая тепловая эффе тивность при расчетной температуре 45 атмосферного воздуха достигается п водяном охлаждении, то задаваемая с учетом этого поверхность теплооб мена второй секции при использован ее для теплового взаимодействия сж

меннике с помощью двух различных сред gQ того газа с атмосферным воздухом не при использовании в качестве одной из сможет обеспечить рекомендуемых значений величины uTjj . Б связи с этим данная величина имеет несколько за- вьш1енные значения, а именно 20 С. Тогда, из равенства (1) следуохлаждающих сред атмосферного воздуха с температурой Т,, а другой - воды с температурой Т состоит в том, что при условии С через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, через вторую - воду, а при С через обе секции пропускают воздух.

55

ет.

что VT,6-8 С.

Следовательно, при Т., С целесообразно в обеих секциях охлаждать атмосферным воздухом, а при

Необходимость выполнения указанных соотношений наглядно подтверждается графиком (фиг. 12), на котором показано изменение начальных температур воды и атмосферного воздуха, а также изменение температуры сжатого газа после прохождения второй секции теплообменника при использовании атмосферного воздуха (линия I) и воды (ли- ния II) в течение года. Как видно

охлаждать сжатый газ во второй секци атмосферным воздухом (отрезки А-В, C-D), а с уменьшением разницы температур Тр и Т,, - более эффективно ох- па л- цатъ водой (отрезок В-С). Данное положение обуславливается различной величиной амплитуды колебаний значений температур воды и атмосферного воздуха в течение года. При этом соотношение температур Т Р котором необходима замена охлаждающе среды во второй секции, определяется

из равенства температур сжатого газа после прохождения второй секции при обоих вариантах охлаждения

TO + UT,,

(1)

где йТд , U.TW величины недоохлажде- ния сжатого газа в теплообеменнике при использовании в качестве охлаждающей среды атмосферного воздуха и воды.

Известно, что оптимальная реко40 мендуемая величина недоохлаждения в теплообменнике составляет соот-

ветственно iT, 6-15°С и ДТу,4-12°С. Поскольку наибольшая тепловая эффективность при расчетной температуре 45 атмосферного воздуха достигается при водяном охлаждении, то задаваемая с учетом этого поверхность теплообмена второй секции при использовании ее для теплового взаимодействия сжаgQ того газа с атмосферным воздухом не сможет обеспечить рекомендуемых значений величины uTjj . Б связи с этим данная величина имеет несколько за- вьш1енные значения, а именно 20 С. Тогда, из равенства (1) следу55

ет.

что VT,6-8 С.

Следовательно, при Т., С целесообразно в обеих секциях охлаждать атмосферным воздухом, а при

Tjj С в первой секции - атмосферным воздухом, а во второй - водой. Предлагаемый способ осуществляется посредством пластинчатого теплооб- менника, который содержит гофрированные пластины 1 и 2, расположенные между плоскими листами 3 и ограниченные с противоположных краев боковыми герметизирующими проставками 4 и 5 с образованием каналов для охлаждаемой и охлаждающей сред, последние из которых разделены перегородками 6, по крайней мере, на две отдельные охлаждающие секции, заключенные посредст- вом коллекторов 7-10 и трубопроводов 11-14 в отдельные циркуляционные контуры. Коллекторы 7-10 имеют общие разделительные стенки 15 и 16, установленные на уровне перегородок 6 и снабженные перепускными окнами 17 и

18с перекрывными органами 19 и 20, выполненные в виде заслонок. Каналы охлаждаемой среды посредством коллекторов 21 к 22 соединены с подводящим 23 и отводящим 24 газопроводами. В . подводящем коллекторе 7 и трубопроводе 12 (либо только в коллекторе 7) установлены датчики 25 и 26 температуры, подсоединенные к преобразова- телю 27 сигналов, который соединен с задатчиком 28. Последний соединен с механизмами 29 и 30 возвратно-поступательного перемещения соответственно перекрывных органов 19 и 20 и ме- ханизмами 31 и 32 движения запорных вентилей 33 и 34 (либо с насосом). Механизмы 29 и 30 посредством штоков

35 и 36 соединены с перекрьшными органами 19 и 20. Последние в ряде случаев соединены между собой штоком 37. При выполнении разделительных стенок 15 и 16 двойными с замкнутой полостью в стенке 16 выполнены дополнительные каналы 38 и 39 , соединяющие эту полость с полостью коллектора 10 и трубопроводом 14. Перекрывной орган

19может быть выполнен в виде заслонки, эксцентрично установленной на оси 40 вращения. Механизм 29 возвратно- поступательного перемещения перекрывных органов 19 и 20 относительно стенок 15 и 16 может быть выполнен в

виде биметаллической пластины 41, скрепленной одним концом с простав- ками 5, уплотняющими каналы охлаждаемой среды со стороны подводящего коллектора 7. Перекрывной орган 19 со стороны подвода охлаждающей среды может быть выполнен в виде биметаллической пластины 42, прикрепленной одним концом к разделительной стенке 1

При работе теплообменника сжатый газ по патрубку 23 подается через коллектор 21 в соответствующие каналы теплообменника, последовательно проходит через первую и вторую охлаждающие секции, вступая при этом в тепловое взаимодействие с охлаждающими средами, выходит в коллектор 22 и затем - в газопровод 24. Атмосферный воздух через патрубок 11 и коллектор 7 нагнетается в первую охлаждающую секцию теплообменника, проходит ее и через коллектор 9 направляется в воздухопровод 13. При этом от температурного датчика 25, установленного в коллекторе 7, передается сигнал к преобразователю 27, от которого передается сигнал в задатчик 28 где он сравнивается либо с сигналом, переда.ваемым от датчика 26 температуры, установленного в трубопроводе 12, либо с заданной характеристикой изменения начальной температуры воды от начальной температуры атмосферного воздуха для данного района. В за- датчике 28 вырабатывается командный сигнал, который подается на механизмы 29 и 30 перемещения заслонок 19 и 20 и исполнительные механизмы 31

и 32 запорных вентилей 33 и 34 (либо на привод, насоса, которьп на чертеже не показан). При Т ,- Т вы рабатывается такой командный сигнал, который обеспечивает перекрывание вентилей 33 и 34 и перемещение заслонок 19 и 20 вдоль разделительных стенок 15 и 16 с открытием перепускных окон 17 и 18. В результате этого часть охлаждающего атмосферного воздуха из коллектора 7 через окно 17 попадает в коллектор 8, а из него - в охлаждающие каналы второй секции. Оставшаяся в них охлаждающая вода вытесняется в сливную магистраль (не показано). Далее атмосферный воздух попадает в коллектор 10 и затем через окно 18 в коллектор 9. Таким образом осуществляется охлаждение сжатого газа атмосферный воздухом во второй секции.

При TQ i Т, - 6-8°С вырабатывается противоположный по знаку командный сигнал, который приводит в действие исполнительные механизмы 29-32 заслонок 19 и 20 и вентилей 31 и 32.

Вследствие чего перепускные окна 17 и 18 перекрываются заслонками 19 и 20 и открьшаются вентили 31 и 32, . Тогда по трубопроводу 12 в коллектор 8 поступает охлаждающая вода, которая затем распределяется по каналам второй секции и далее через коллектор. 10 уходит в трубопровод 1Д.

В случае пользования соединенных между собой штоком 37 перекрывных органов 19 и 20 командный сигнал подается на один общий механизм 29 перемещения и исполнительные механизмы вентилей. Причем при выполнении раз- делительных стенок 15 и 16 двойными rtepeкpывaниe отводящего трубопровода 14 охлаждающей воды осуществляется за счет перемещения заслонки 20. В этом случае перекрывается окно 38, соединяющее коллектор 10 с трубопроводом 14. Поэтому командный сигнал от задатчика 28 подается только на исполнительные механизмы 29 и 31 (либо вместо последнего на привод насоса).

При установке органа 19 на оси 40 со смещением относительно его геометрического центра в диапазоне Т - 6-8°С, поступающая в коллек- тор 8 вода под действием сил давления поворачивает вокруг эксцентрично установленной оси 40 вращения перекрывающий орган 19 и закрывает окно 17. Одновременно с этим, сигнал, подаваемый от задатчика 28, обеспечивает закрытие окна 18 и открытие отводящего трубопровода 14.

При выполнении механизма 29 в виде биметаллической пластины 41 в зависимости от температуры атмосферного воздуха биметаллическая пластина 41 сгибается либо выпрямляется и обеспечивает линейное перемещение перекрывных органов 19 и 20. При достижении

/

(повьшении) до определенной температуры Т.Т - 6-8 с окна 17 и 18 полностью перекроются заслонками 19 и 20 и подается сигнал от специально установленного датчика (не показан) на исполнительные механизмы вентилей 33 и 34.

При выполнении органа 19 в виде биметаллической пластины 42 последняя в зависимости от температуры атмос- ферного воздуха, меняет свое положение, открывая или закрывая окно 17, и при этом передается соответствующий сигнал на исполнительные механизмы

второго перекрьшного органа 20 и вентили 33 и 35.

Использование предлагаемого способа охлаждения и устройства для его осуществления обеспечивает достижение наибольшей тепловой эффективности работы пластинчатого теплообменника в течение всего года за счет максимального использования естественного холода окружающей среды, что позволяет сократить расход электроэнергии компрессорной установки, а также обеспечить безопасные условия ее работы в жаркое время года. Кроме того, изобретение позволяет обеспечить автономность параллельного включения об&их секций теплообменника в один циркуляционный контур и включение их в отдельные контуры при относительно простом конструктивном исполнении и снижении гидравлических сопротивлений, что в целом повьш1ает экономичность при различных температурах окружающих сред, зависящих от времени года.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения сжатого газа в двухсекционном пластинчатом теплообменнике с помощью двух различных сред, о тличающийся тем, что, с целью повышения экономичности при использовании в качестве одной из охлаждающих сред атмосферного воздуха с температурой Т, а другой - воды с Температурой Т , при условий С, через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, через вторую - воду, а при Т -Т| 6-8 С через . обе секции пропускают воздух.

2. Пластинчатый теплообменник, содержащий разделенные перегородками теплообменные секции с каналами, ог- раниченньми с противоположных краев герметизирующими проставками и подключенными через коллекторы подвода и отвода охлаждаемой и охлаждающих рабочих сред к соответствующим трубопроводам, отличающийся тем, что, с целью повьшения эдсоно- мичности, коллекторы подвода и отводы охлаждающих сред в смежных секциях имеют общие разделительные стенки с перепускными окнами, снабженные пе- рекрывными органами.

7133

3.Теплообменник по п.2, отличающийся тем, что он снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения перекрывных орга- нов, которые выполнены в виде заслонок .

4.Теплообменник по пп.2 и 3, о т- личающийся тем, что заслонки соединены между собой посредством штоков, проходящих через каналы одной из охлаждающих рабочих сред, причем с механизмом возвратно.-посту- пательного перемещения соединен

один из этих штоков.

5.Теплообменник по пп.2-4, отличающийся тем, что разделительные стенки смежных коллекторов выполнены двойными с замкнутой полостью, внутри которой установлены заслонки, а соединяющие последние штоки размещены внутри перегородок между теплообменными секциями,

6.Теплообменник по пп.2-5, о т личающийся тем, что полость разделительных стенок сообще

-

,

10

15

20

25

358

на с коллектором и трубопроводом отвода одной из охлаждающих сред.

7.Теплообменник по п.2, о т - личающийся тем, что одна из заслонок между коллекторами подвода охлаждающих сред установлена

на оси, перпендикулярной направлению .движения сред со смещением относительно геометрического центра- заслонки.

8.Теплообменник по пп,2-6, отличающийся тем, что механизм возвратно-поступательного перемещения выполнен в виде биметаллической пластины, установленной в коллекторе подвода одной из охлажданицих сред и одним концом скрепленной с проставками, ограничивающими каналы охлаждаемой среды.

9.Теплообменник по пп.2 и 8, отличающийся тем,что заслонка между коллекторами подвода охлаждающих сред выполнена в виде биметаллической пластины, одним концом прикрепленной к их разделительной стенке.

Изобретение относится к теплотехнике и позволяет повысить экономичность при использовании в качестве, одной из охлаждающих сред атмосферного воздуха, а другой - воды. Коллекторы 7-10 поДвода и отвода охлаждающих сред в смежных секциях имеют общие разделительные стенки 15 и 16 с перепускными окнами 17 и г 18. Перекрывные органы 19 и 20 окон 17 и 18 м.б. снабжены механизмами 29 и 30 возвратно-поступательного перемещения и выполнены в виде заслонок, соединенных между собой посредством штоков 35 и 56. Если разность т-р воды и воздуха меньше 6-8 С, то через первую по ходу охлаждаемого газа секцию пропускают воздух, а через вторую - воду. При разности т-р воды и воздуха больше 6-8 С через обе секции пропускают воздух. J3 .результате достигается наибольшая тепловая эффективность работы теплообменника в течение всего года за счет максимального использования естественного холода окружающей среды. Кроме того, обеспечивается автономность параллельного включения обеих секций теплообменника в один циркуляционный контур и включение их в отдельные контуры при относительно простом конструктивном исполнекии и снижении гидравлических сопротивлений. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил. W со со ьо со СП Л«5

1Г15

п

12

Фиг.1

16

/

57

9U2.

Фиг. 6

19

в

иг.8

хщзр

1в

9и,г. iO

17

fPu2.11

1 л Ш ж I W W WE. ISM Месяцы Фиг.гг

Составитель Ю. Карпенко Редактор Г. Волкова Техред М.Ходанич Корректор А. Тяско

Заказ 3792/35 Тираж 611Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4